用於礦物纖維的水性粘結劑組合物的製作方法

2023-08-03 01:57:56

專利名稱：用於礦物纖維的水性粘結劑組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及水性粘結劑組合物、製備所述水性粘結劑組合物的方法以及其在製造粘結的礦物纖維產品中的用途。更具體地說，本發明涉及由碳水化合物起始材料製備的水性粘結劑組合物及其用於粘結礦物纖維產品的用途。
背景技術：
礦物纖維產品通常包括人造玻璃質纖維(MMVF)，例如玻璃纖維、陶瓷纖維、玄武巖纖維、礦渣棉、礦棉和巖棉(stone wool)，其通過固化的熱固性聚合物粘結劑材料粘結在一起。為了用作隔熱或者隔音產品，粘結的礦物纖維氈通常通過以下製備以常規方式將由合適的原材料製成的熔體轉化為纖維，例如通過紡杯工藝或者通過級聯轉子工藝。將纖維在空中時且仍然熱時吹進成型腔室中，用粘結劑溶液噴霧，並將其以氈或者網的形式隨機沉積在行進的傳送器上。然後將纖維氈轉移到固化爐中，在所述固化爐中，使加熱的空氣吹過所述氈，以固化該粘結劑且牢牢地將礦物纖維粘結在一起。過去，選擇的粘結劑樹脂為苯酚/甲醛樹脂，其可以經濟地製備，而且可以在作為粘結劑使用之前用尿素展開(extend)。然而，現有的和提議的涉及降低或消除甲醛排放的法律引起了不含甲醛的粘結劑的發展，所述不含甲醛的粘結劑例如基於多羧基聚合物和多元醇或者多胺的粘結劑組合物，如EP-A-583086、EP-A-990727、EP-A-1741726, US-A-5318990 和 US-A-2007/0173588 中所披露的。另一組非苯酚/甲醛粘結劑是脂肪族和/或芳香族酸酐與烷醇胺的加成/_消去反應產物，例如 W099/36368、W001/05725、WOO1/96460, W002/06178、W02004/007615 和 W02006/061249中所披露的。這些粘結劑組合物是水溶性的且表現出優異的粘結性能，但是可能需要昂貴的起始材料，特別是高比例的昂貴的酸酐反應物，以達到需要的水溶性、固化速度和固化密度。因此，上述專利公開物中的若干建議使用較便宜的碳水化合物作為粘結劑體系的添加劑、填充劑(extender)或者反應性組分。

發明內容
現已發現通過在粘結劑生產中使用特定類型的碳水化合物，可以實現生產成本以及應用性能(例如固化速度、固化密度、耐久性和防潮性)這兩者的進一步改進。因此，第一方面，本發明涉及水性粘結劑組合物，其包括(a)糖漿，其含有還原糖並具有至少50且小於85的右旋糖當量DE;(b)多元羧酸組分；(c)胺組分；以及，任選的，(d)多元羧酸組分(b)與胺組分(C)的反應產物。另一方面，本發明涉及製備粘結的礦物纖維產品的方法，其包括以下步驟將礦物纖維或者礦物纖維產品與以上定義的水性粘結劑組合物接觸，和使所述粘結劑組合物固化。
依據本發明的另一方面，提供了礦物纖維產品，其包括與固化的以上定義的粘結劑組合物接觸的礦物纖維。
具體實施例方式根據本發明的水性粘結劑組合物包括(a)糖漿，其含有還原糖，並具有至少50例如至少60或65、且小於85例如小於80 或75的右旋糖當量DE;(b)多元羧酸組分；(c)胺組分；以及，任選的，(d)多元羧酸組分(b)與胺組分(C)的反應產物。糖組分(a)葡萄糖由從空氣中吸收的二氧化碳使用陽光作為能源在植物中形成。部分葡萄糖聚合成長鏈葡萄糖，並以澱粉的形式儲存在顆粒中作為儲備。在植物中發現的另一種葡萄糖聚合物是纖維素。與纖維素相比，澱粉由導致形成螺旋型分子的α-糖苷鍵組成，而纖維素由產生直鏈分子和纖維結構的糖苷鍵構成。為了結晶右旋糖的商業製造，通過熱、酸或者酶使澱粉的水性漿料進行水解。根據澱粉水解中所採用的反應條件，得到葡萄糖和中間產物的多種混合物，其可通過它們的DE值表徵。DE是右旋糖當量的縮寫，且定義為還原糖的含量，以通過國際標準ISO 5377-1981 (E)中規定的方法測定的樣品中每IOOg乾物質的無水D-葡萄糖的克數來表達。 這種方法測量還原性端基，並將100的DE賦予純葡萄糖(=右旋糖)，而將0的DE賦予純澱粉。澱粉的水解分裂可以在工藝的不同階段停止，結果形成具有不同DE值，即具有不同的分子量分布和不同的反應性的碳水化合物的混合物(糖漿)。該工藝的起點是純化的澱粉乳，即天然澱粉，例如玉米或者木薯馬鈴薯，其通過例如清洗、碾磨、洗滌而處理並製成漿料製劑。只有高DE的葡萄糖漿能夠容易地結晶和產生粉末或者顆粒形式的產品。最常見的結晶產品是右旋糖單水合物，其應用於醫藥和咀嚼片。右旋糖單水合物是純的葡萄糖 (DE100)。隨著DE值降低，糖漿逐漸失去其結晶的趨勢。低於大約45DE時，糖漿可以濃縮成穩定的非結晶液體，例如，廣泛普遍用於罐裝果脯、冰激凌、焙烤食品、果醬、糖果和各式點心的標準42DE糖漿。本發明是基於以下出人意料的發現澱粉水解產物(糖漿)中更多的高分子組分並不顯著地有助於形成交聯的粘結劑網絡。而且，已經表明粗水解產物中的高分子物質對於水解穩定性和耐久性方面的粘結劑性能並不產生消極的影響，只要右旋糖當量不低於 50。而且，葡萄糖母液(hydrol)和糖蜜類型的某些糖漿也表現出這些特性。所有這些高分子組分糖漿落入根據本發明的DE值的優選區間。適合於粘結礦棉產品以提供足以製備這種產品的產品和工藝的粘結劑體系在物理參數方面有許多各種各樣的要求，下面將說明其中的一些。糖漿的粘度和大聚合物的含量通常可隨著DE值的增加而降低。礦棉粘結劑應優選避免大含量的聚合物，因為這將產生更粘的粘結劑，造成形成的礦棉氈或含有粘結劑的網粘附於製造設備，例如成型腔室壁、行進的傳送器、輥和振動體。含有糖漿的粘結劑溶液的溶解度可隨著DE值的增加而增加。粘結劑溶液必須是充分水溶性的，以提供粘結劑在構成將固化的礦棉氈或網的礦物纖維上的均勻分布。另一方面，隨著DE值的增加，糖漿通常將引起更顯著的褐變(browning)，由此導致對於含有具有糖漿的粘結劑體系的礦棉產品(至少對於該礦棉產品的某些應用)而言不需要的美學外觀。與低DE糖漿相比，具有過高DE的糖漿還將具有增加粘結劑沸點升高效應的趨勢。用於礦棉網的粘結劑組合物應優選不具有過高的沸點，因為這將導致固化時間的增加，從而導致更高的固化溫度和/或實體上更長的固化爐長度以提供更長的固化時間。當提高糖漿的DE值時，含有糖漿的水性粘結劑組合物將降低水活性，而低水活性的影響之一可能是粘結劑對水分移動敏感。這可能在未固化的礦棉網中的粘結劑液滴中造成不需要的水分吸收。已經發現，包括含有還原糖且具有50到小於85的右旋糖當量DE的糖漿的水性粘結劑組合物將提供優異的產品，其滿足對礦棉生產線中的粘結劑的許多需求，也滿足對通過使用該粘結劑得到的產品的需求。作為組分(a)使用的糖漿含有還原糖，且可以另外含有在熱固化條件下原位產生一種或多種還原糖的碳水化合物。糖或者碳水化合物可以是以其醛糖或者酮糖形式的單糖，包括二糖、丙糖、丁糖、戊糖、己糖或庚糖；或者二糖、寡糖或多糖；或者它們的組合。具體的例子是葡萄糖(=右旋糖)、澱粉水解產物如玉米糖漿、阿拉伯糖、木糖、核糖、半乳糖、 甘露糖、果糖、麥芽糖、乳糖和轉化糖。另一方面，不含有或者不提供醛或者酮基團的化合物例如山梨糖醇和甘露糖醇在本發明中不太有效。糖漿可以通過任何已知的工藝製備。

圖1是顯示了在這樣的常規方法的典型實施方式中使用的各步驟的順序的圖。這幅圖由位於丹麥(Denmark)的奧爾胡斯(Aarhus) 工業園的國際澱粉協會(International Starch Institute)出版，其可以從www. starch. dk 「澱粉甜味劑(Starch Sweeteners) 」 得到。源自基於澱粉的葡萄糖精製的耜水解產物和源自基於澱粉的葡萄糖精製的處理過的粗水解產物涉及酸性水解的典型工業生產過程的例子包括向澱粉(純化的澱粉乳)的水漿中加入酸例如鹽酸，以使其在蒸煮之前酸化。然後將酸化後的漿料加熱到需要的液化溫度，並保持在該溫度直到獲得需要的水解度。反應時間、溫度和酸濃度的組合控制水解度。在中和酸之後，可過濾粗水解產物，並用活性碳和/或離子交換進行精製，以除去水解過程中形成的雜質、變色物(discoloration)和副產物，得到所謂的處理過的粗水解產物。根據原材料和最終產品的要求，可向該過程加入各種過濾步驟、活性碳處理步驟和用於去離子作用的離子交換步驟等。可以使用任何精製步驟順序，例如(1)過濾/離子交換/碳處理；(2) 過濾/碳處理/離子交換；以及為了非常高的品質C3)過濾/碳處理/離子交換/碳處理。粗水解產物的處理可以得到具有55到70的DE的糖漿，例如高DE玉米糖漿(高 DE葡萄糖漿)。然而，在某些例子中，例如，如果糖組分(a)的進一步反應需要另外的氮源作為反應物，可優選在不通過精製進行任何在前的蛋白質和/或油去除的情況下使用糖漿(a)。例如，在具體的實施方式中，通過使用陽離子和/或陰離子樹脂的離子交換，僅僅從粗水解產物中除去離子(鹽)，得到源自基於澱粉的葡萄糖精製的處理過的粗水解產物的實施方式。使用酸催化劑的水解允許製備具有35-55DE範圍的中間轉化產物。具有28到98DE 的中間和更高轉化產物可以通過用酶替代酸製備。這典型地以兩步工藝進行。第一步(液化)，使用熱穩定的α-澱粉酶或酸。冷卻和ρΗ調節之後，使用糖化酶例如澱粉轉葡糖苷酶。不管何種催化劑，除了保持時間、PH和溫度不同，其工藝大體上相同。然而，酶和酸以不同的方式分解澱粉，得到具有相同DE的不同糖組合物。高果糖糖漿由精製的高DE右旋糖漿在酶過程中使用固定於樹脂上的異構酶製備，所述異構酶將葡萄糖以酶方式轉化為果糖。這些糖漿在常規上稱為HFSS，而且也是合適的糖漿，其可例如具有大約陽的DE。市場上購買的用於啤酒釀造的麥芽汁糖漿也可以提供用於粘結劑組合物的合適糖漿。葡萄糖母液在本發明的一個具體實施方式
中，「葡萄糖母液」作為糖漿組分(a)使用。「葡萄糖母液」是右旋糖漿中的右旋糖結晶殘留的殘夜或母液，其具有高濃度的右旋糖，例如陽-75 重量％的右旋糖。葡萄糖母液通常具有72到85的DE。葡萄糖母液通常也被稱為「澱粉糖
滋」
蟲 ο如前面解釋的，結晶右旋糖的常見工業製造包括在通常稱為液化的第一階段水解中，在酸或者酶的存在下，在受控的溫度、PH和時間條件下，通過加熱使澱粉的水漿進行水解。隨後進行稱為糖化的第二階段水解，其中酶在一套不同的受控溫度、PH和時間條件下使用。在示例性的實施方式中，反應，例如，允許持續到澱粉水解產生以下液體，該液體具有大約90-98DE、優選90-93DE，含有以乾重量計大約85-96重量％、優選大約85-90重量％的右旋糖，以及其它糖。當水解到期望程度時，將液體精製和蒸發到74-78重量％乾物質濃度， 然後冷卻，並加入結晶的右旋糖晶種，使其在具有水套的結晶器中生長晶體。隨後例如通過離心從液體中分離右旋糖晶體。隨後將該母液(目前的常規實踐中稱為第一綠液(green))濃縮到74-78重量％ 乾物質。這種糖漿，現在稱為第二糖漿或者綠液，以類似於第一糖漿的方式濃縮和重結晶， 得到的右旋糖晶體離心分離。來自於第二次結晶的母液通常濃縮到71重量％乾物質。這種糖漿稱為「葡萄糖母液」。或者，可以將來自於第一次結晶的部分母液循環回到第一次結晶之前的工藝階段。在這種情況下，僅僅一個結晶階段是必須的，且葡萄糖母液通過在葡萄糖母液蒸發步驟中排出一些回收的母液來製備。葡萄糖母液本身可以用無機酸將大部分寡糖轉化為右旋糖而水解。MM在本發明的另一具體實施方式
中，糖蜜作為碳水化合物使用，其在用酸例如硫酸處理時產生一種或者多種還原糖。本文使用的術語「糖蜜」總體上包括許多類型的糖蜜，這些糖蜜具有各種各樣的糖含量和糖類型以及其它構成糖蜜的成分。甘蔗和甜菜糖蜜產品是目前為止最常見的類型。 糖蜜具有60-80重量％的典型總固含量。
下述組成代表不同類型糖蜜的典型組成。由於糖蜜常常以工業副產品找到，其化學組成表現出寬範圍的變化。其組成受到各種因素和存儲變化的影響，上述各種因素例如土壤類型、環境溫度、溼度、生產季節、品種、特定加工工廠的生產實踐。蔗糖蜜是由甘蔗製備或者精製蔗糖中的副產品。其可以含有超過46重量％表示為轉化糖的總糖。甜菜糖蜜是由甜菜製備蔗糖中的副產品。其可以含有超過48重量％表示為轉化糖的總糖。柑橘糖蜜是從幹橘渣的製備中得到的部分脫水的汁液。其可以含有超過45重量％表示為轉化糖的總糖。果心、汁液以及柑橘濃縮物的裝罐產生例如果皮、碎屑和種子的漿料。這種殘留或者新鮮的漿料含有大約85%的水分，大多數為結合水或者結構水。在製備柑橘糖蜜的一種工藝中，向新鮮的漿料中加入鈣鹽釋放結合水。然後一半的水通過壓榨除去。漿料脫水成幹橘渣。榨出汁含有約5%的固體，主要是糖。在部分真空下蒸發這種材料至原始體積的大約十三分之一得到淺色的、甜的、粘性糖漿，其在食品工業中稱為「柑橘糖蜜」。木糖蜜是生產壓制木材(pressed wood)中的副產物。其是在升溫和加壓下，使用或者不使用酸、鹼或鹽時處理木材獲得的濃縮的可溶性材料。它含有戊糖和己糖，且可以具有不少於55重量％的總碳水化合物含量。半纖維素提取物經常稱為木糖蜜。木糖蜜產品在本領域中也經常描述為木材的水性可溶性半纖維素提取物。為了將纖維素轉化為葡萄糖，在一種工藝中，使用稀酸時需要高溫和高壓。使用濃酸時，可以在室溫下實施該工藝。半纖維素更容易轉化成糖。源自硬木(例如楓樹和山毛櫸)的半纖維素產生高百分比的戊糖，而源自軟木(例如松樹和冷杉)的半纖維素產生戊糖和己糖1 1的混合物。在另一種工藝中，源自木材的半纖維素在製備硬質板的過程中通過蒸汽溶解。這種工藝是經濟的，因為其基本上不需要化學品。半纖維素糖濃縮或噴霧乾燥，並可以木糖蜜的名字獲得。糖蜜可以使用無機酸將大部分二糖和寡糖轉化為右旋糖而水解。在一個實施方式中，使用木糖蜜的糖漿作為糖漿(a)；木糖蜜優選在沒有經過離子交換精製步驟的條件下使用。在另一個實施方式中，使用木糖蜜的糖漿作為糖漿(a)，其中木糖蜜已經通過精製處理，基本上不含有鈣、鉀、鈉和氯。多元羧酸組分(b)多元羧酸組分(b)通常選自二羧酸、三羧酸、四羧酸、五羧酸、和類似的單體多元羧酸、以及它們的酸酐、鹽和組合，以及聚合多元羧酸、酸酐、共聚物、鹽和它們的組合。合適的多元羧酸組分(b)的具體例子是檸檬酸、烏頭酸、己二酸、壬二酸、丁烷三羧酸、丁烷四羧酸、氯菌酸、檸康酸、二環戊二烯-馬來酸加合物、二亞乙基三胺五乙酸、二戊烯和馬來酸的加合物、乙二胺四乙酸(EDTA)、完全馬來酸化松香、馬來酸化妥爾油脂肪酸、富馬酸、戊二酸、間苯二甲酸、衣康酸、氧化為醇隨後氧化為羧酸的馬來酸化松香、馬來酸、蘋果酸、中康酸、草酸、鄰苯二甲酸、四氫鄰苯二甲酸、六氫鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、癸二酸、琥珀酸、酒石酸、天冬氨酸、偏苯三酸、苯均四酸、苯均三酸、以及它們的酸酐、鹽和組合胺組分(C)在製備本發明粘結劑組合物的過程中，使用了胺組分(C)，其將可能已經存在於糖組分(a)中的胺增加至足以形成需要的粘結劑樹脂的量。因此，沒有經過任何目的在於除去蛋白質和/或油的在前精製的非精製糖漿可以在不添加胺組分(c)的情況下使用。合適的胺組分(C)為例如氨、銨鹽、伯胺或仲胺、烷醇胺和胺基酸。銨鹽的具體例子是氯化銨、硫酸銨、磷酸銨和多元羧酸(b)的銨鹽。合適的伯胺和仲胺的具體例子是烷基胺和二烷基胺如甲胺、二甲基胺、丙胺、丁胺，以及多胺如乙二胺。合適的烷醇胺的具體例子是二乙醇胺、三乙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺、甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、正丁基二乙醇胺、甲基二異丙醇胺、乙基異丙醇胺、乙基二異丙醇胺、3-氨基-1，2-丙二醇、2-氨基-1，3-丙二醇、氨基乙基乙醇胺和三(羥甲基)氨基甲烷。胺基酸的具體例子是甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、白氨酸、絲氨酸、甜菜鹼和精氨酸。尿素和尿素化合物如環狀尿素也可以作為胺組分(C)的來源使用。粘結劑組合物中使用尿素具有額外的優點，即礦棉產品中的固化粘結劑的耐火性能(fire property)更好。多元羧酸組分(b)與胺(C)的反應產物(d)根據本發明的具體實施方式
，粘結劑組合物包括多元羧酸組分(b)與胺(C)的水溶性反應產物作為任選的組分(d)。該類型的特別優選的實施方式包括使用至少一種羧酸酐與至少一種烷醇胺的水溶性反應產物作為組分(d)。用於製備任選的粘結劑組分(d)的優選烷醇胺為具有至少兩個羥基的烷醇胺，例如由下式表示的烷醇胺其中R1是氫、C1,烷基或C1,羥烷基；R2和R3是C1,羥烷基。優選地，R2和R3獨立地為c2_5羥烷基，且R1是氫、CV5烷基或c2_5羥烷基。尤其優選的是羥烷基為β-羥烷基。合適的烷醇胺的具體例子為二乙醇胺、三乙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺、甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、正丁基二乙醇胺、甲基二異丙醇胺、乙基-異丙醇胺、3-氨基-1， 2-丙二醇、2-氨基-1，3-丙二醇和三(羥甲基)氨基甲烷。二乙醇胺是目前優選的烷醇胺。羧酸酐反應物可以選自飽和或不飽和的脂肪族和脂環族酸酐、芳香族酸酐和它們的混合物，優選飽和或不飽和的脂環族酸酐、芳香族酸酐以及它們的混合物。在本發明特別優選的實施方式中，使用了選自脂環族酸酐和/或芳香族酸酐的兩種不同酸酐。這些不同的酸酐優選依次反應。合適的脂肪族羧酸酐的具體例子是琥珀酸酐、馬來酸酐和戊二酸酐。合適的脂環族酸酐的具體例子是四氫鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐和橋亞甲基四氫鄰苯二甲酸酐，即內-順-二環[2，2，1] -5-庚烯-2，3- 二羧酸酐。合適的芳香族酸酐的具體例子是鄰苯二甲酸酐、甲基鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐和苯均四酸二酐。在上述使用兩種不同酸酐的實施方式中，尤其優選脂環族酸酐和芳香族酸酐的組合，如四氫鄰苯二甲酸酐(THPA)和偏苯三酸酐(TMA)的組合。脂環族酸酐與芳香族酸酐的摩爾比優選在0. 1到10的範圍內，進一步優選在0. 5到3的範圍內。在製備粘結劑組分(d)的過程中，烷醇胺和羧酸酐反應物的比例優選選擇為使得胺基加上羥基(ΝΗ+0Η)的當量與羧基(COOH)的當量之比至少為0.4，更優選為至少0.6。另一方面，最終粘結劑組合物的性能，例如固化性質、耐久性和防潮性能由存在的反應性基團的總比例確定。因此，為了最佳性能，最終的粘結劑組合物中的胺基加上羥基 (ΝΗ+0Η)的當量與羧基(COOH)的當量之比優選調節為2. 0或更少，更優選為1. 7或更少。 一般來說，最終的粘結劑組合物具有在1. 25到1. 55範圍內的(NH+OH)/(COOH)當量比。烷醇胺與羧酸酐反應物之間的反應以通常的方式進行，例如，按照WO 99/36368、 WO 01/05725、WO 02/06178、WO 2004/007615 和 WO 2006/061249 中所描述的，上述文獻的全部內容以引用的方式併入本文。如果適當，可以在反應中採用額外的酸單體，且其優選在加入酸酐反應物之前加入到反應混合物中。合適的酸單體的具體例子是二羧酸、三羧酸和多羧酸，如己二酸、檸檬酸、癸二酸、壬二酸、琥珀酸、酒石酸和偏苯三酸。反應溫度通常在50°C到200°C的範圍內。在優選的實施方式中，特別是使用兩種不同的酸酐時，烷醇胺首先加熱到至少約40°C、優選至少約60°C的溫度，隨後加入第一酸酐，並將反應溫度升高到至少約70°C、優選至少約95°C、更優選至少約125°C，在此溫度下， 當基本上所有的第一酸酐已經溶解和/或反應時，向反應混合物中加入第二酸酐。將反應溫度由70-95°C升高為100-200°C使單體到低聚物的轉化率更高。在這種情況下，優選的溫度範圍是105-170°C，更優選110-150 。如果在第一酸酐已經反應之後以使得粘結劑易於泵送的量加入水，得到分子量增加(與從最開始加入水相比)的粘結劑，該粘結劑仍然具有期望的泵送性、粘度和水稀釋度，且含有更少的未反應單體，所述水與第二酸酐一起加入，或者在加入第二酸酐之前加入，或者在反應的最後加入。為了改進粘結劑的水溶性和稀釋度，可以加入鹼直到pH為約8，優選pH在約5-8 之間，更優選PH為約6。而且，鹼的加入將引起未反應酸的至少部分中和，以及伴隨的腐蝕性的降低。正常情況下，鹼將以足以實現期望的水溶性或稀釋度的量加入。鹼優選地選自揮發性鹼，其將在處於或者低於固化溫度時揮發，因此將不會影響固化。合適的鹼的具體例子是氨(NH3)和有機胺例如二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)。鹼優選在烷醇胺與羧酸酐之間的反應已經通過加入水主動停止之後，加入到反應混合物中。粘結劑組合物的其它組分本發明的粘結劑組合物可以另外包含一種或多種常規的粘結劑添加劑。這些包括，例如，固化促進劑如β-羥烷基醯胺；游離酸和鹽形式的磷酸、次磷酸和膦酸。也可以使用其它強酸，例如硼酸、硫酸、硝酸和對甲苯磺酸，所述強酸可以單獨使用或者與剛剛提到的酸，特別是磷酸、次磷酸或膦酸組合使用。其它合適的粘結劑添加劑有矽烷偶聯劑，例如Y-氨丙基三乙氧基矽烷；熱穩定劑；紫外線穩定劑；乳化劑；表面活性劑，特別是非離子型表面活性劑；抗微生物劑；增塑劑；抗遷移助劑；聚結劑；填料和填充劑，例如碳水化合物、粘土、矽酸鹽和氫氧化鎂；顏料，例如二氧化鈦；疏水劑，例如氟化物、礦物油和矽油；阻燃劑；緩蝕劑例如硫脲；尿素；消泡劑；抗氧化劑；等等。這些粘結劑添加劑和助劑可以常規量(通常不超過粘結劑固體的20wt% )使用。 粘結劑組合物中的固化促進劑的量基於固體通常在0. 05-5wt%之間。最終的粘結劑組合物基於粘結劑組分(a)、(b)和(C)的總重量(乾物質)，本發明的水性粘結劑組合物優選包含50到85重量％的糖漿(a) ；5到25重量％的多元羧酸(b)；和1到8重量％的胺(c)。水性粘結劑組合物通常具有1到20wt%的固含量和6或者更高的pH。礦物纖維產品使用的礦物纖維可以是任何人造玻璃質纖維(MMVF)、玻璃纖維、陶瓷纖維、玄武巖纖維、礦渣棉、褐塊石棉(rock wool)、巖棉等。合適的纖維形成方法和隨後用於製備礦物纖維產品的生產步驟是本領域中常規的那些。通常，在礦物熔體的纖絲化後，將粘結劑立即噴霧到空中的礦物纖維上。水性粘結劑組合物通常以粘結的礦物纖維產品的0. 1到10重量％，優選0. 2到8重量％的量(幹基)塗布。噴塗的礦物纖維網通常在固化爐中通過熱空氣流固化。熱空氣流可從下方、或從上方或從交替方向在特殊區域中在固化爐的長度方向上引入礦物纖維網。固化可以按照美拉德(Maillard)型反應路徑在粘結劑組合物的兩種或更多種成分之間發生。優選地，固化過程中可發生數個反應路徑。典型地，固化爐在約150°C到約 350°C的溫度下操作。優選地，固化溫度範圍從約200°C到約300°C。通常，固化爐停留時間根據例如產品密度從30秒到20分鐘。如果需要，礦棉網可在固化之前進行成型工藝。從固化爐中出來的粘結的礦物纖維產品可以切割成期望的樣式，例如絮墊(batt)的形式。因此，生產的礦物纖維產品可以例如具有氈、絮墊、板、片、盤、帶、卷、顆粒和其它形狀物品的形式。根據本發明，也可以通過將粘結的礦物纖維產品與合適的複合層或者層壓層(例如金屬、玻璃表面氈和其它紡織或非紡織材料)組合來生產複合材料。以下實施例旨在進一步說明本發明，但不限制其範圍。實施例1含有粗澱粉水解產物的粘結劑組合物通過GB-A-1157515中描述的工藝獲得IOOg具有70重量％乾物質濃度的粗澱粉水解產物。將該粗水解產物與15g檸檬酸和25ml的20%氨水在水中混合。將矽烷例如 Y -氨丙基三乙氧基矽烷加入到該水溶液中，以提供用於礦棉的粘結劑。實施例2含有葡萄糖母液的粘結劑組合物對IOOg源自製備葡萄糖漿的精製工藝的葡萄糖母液(具有73的DE，73重量％ 的乾物質濃度以及50%糖、6. 0%灰分、2. 5%鈉、3. 0%氯)進行處理以除去鹽，然後將其與 15g檸檬酸和25ml的20%氨水在水中混合。將Y -氨丙基三乙氧基矽烷加入到水溶液中， 以提供用於礦棉的粘結劑。
實施例3含有木糖蜜的粘結劑組合物將IOOg木糖蜜(具有65重量％的乾物質濃度以及55%糖、5.0%灰分、0.8%鈣、 0. 05%磷、0. 04%鉀且基本上沒有氯或鈉)與15g檸檬酸和25ml的20%氨水在水中混合。 將Y-氨丙基三乙氧基矽烷加入到水溶液中，以提供用於礦棉的粘結劑。實施例4含有粗澱粉水解產物的粘結劑組合物將IOOg具有70重量％乾物質濃度的粗澱粉水解產物混合在水中。加入30g通過以下工序製備的一批反應產物混合物將82kg 二乙醇胺(DEA)裝入400L反應器中並加熱到60°C。然後，加入72kg第一部分四氫鄰苯二甲酸酐(ΤΗΡΑ)。升高溫度並在130°C保溫1 小時後，加入75kg偏苯三酸酐(TMA)和50kg第二部分ΤΗΡΑ。反應混合物冷卻到95°C，加入水並攪拌混合物1小時。將矽烷例如Y-氨丙基三乙氧基矽烷加入到粗澱粉水解產物和反應產物混合物的水溶液中，以提供用於礦棉的粘結劑。實施例5實施例1-4的粘結劑通過以下用於製備褐塊石棉絕緣產品使粘結劑溶液經由級聯轉子設備附近的噴嘴噴霧到成型腔室中成型的纖維雲狀物中。經塗布的纖維在輸送傳送器上收集，並轉移到固化爐中以在225°C的固化溫度下固化5分鐘。得到的礦棉產品具有約100kg/m3的密度、120mm的厚度和7%的粘結劑含量(燒失量L0I)。實施例6製備樹脂/粘結劑組分Bl將158g 二乙醇胺放入具有攪拌器和加熱/冷卻夾套的1升玻璃反應器中。將二乙醇胺的溫度升高到60°C，隨後加入91g四氫鄰苯二甲酸酐。升高溫度並保持在130°C後， 加入46g第二部分四氫鄰苯二甲酸酐，隨後加入86g偏苯三酸酐。在130°C反應1小時後， 使混合物冷卻到95°C，加入210g水，攪拌混合物1小時。冷卻到環境溫度後，得到的樹脂備用。基於上面得到的樹脂，通過加入氨水至pH 6. 5和2%的次磷酸，由該樹脂製得粘結劑。粘結劑的固含量在200°C、1小時測得為53%。製備Bl和糖的混合物測試表1所示的粘結劑組合物表1
粘結劑組合物糖漿的右旋糖當量(DE)100% Bl(未定義)50% Bl+50% Mylose 12025-3250% Bl+50% Mylose 66142
1權利要求
1.水性粘結劑組合物，其包含(a)糖漿，其含有還原糖，並具有至少50、且小於85的右旋糖當量DE；(b)多元羧酸組分；(c)胺組分；以及，任選的，(d)多元羧酸組分(b)與胺組分(c)的反應產物。
2.如權利要求1所述的水性粘結劑組合物，其中所述糖漿(a)具有至少55、且小於80的右旋糖當量DE。
3.如權利要求2所述的水性粘結劑組合物，其中所述糖漿(a)具有至少60、且小於75的右旋糖當量DE
4.如權利要求1到3中任一項所述的水性粘結劑組合物，其中所述糖漿(a)選自以下中的至少一種高DE葡萄糖漿、源自基於澱粉的葡萄糖精製的粗水解產物、源自基於澱粉的葡萄糖精製的處理過的粗水解產物、葡萄糖母液和糖蜜。
5.如權利要求4所述的水性粘結劑組合物，其中所述糖蜜選自蔗糖蜜、甜菜糖蜜、柑橘糖蜜、木糖蜜中的至少一種。
6.如前述權利要求中任一項所述的水性粘結劑組合物，其中所述糖漿(a)在不進行任何在前的蛋白質和/或油去除的情況下使用。
7.如前述權利要求中任一項所述的水性粘結劑組合物，其中所述糖漿(a)已經用陽離子和/或陰離子樹脂進行過離子交換。
8.如前述權利要求中任一項所述的水性粘結劑組合物，其中所述多元羧酸組分(b)選自二羧酸、三羧酸、四羧酸、五羧酸、和類似的單體多元羧酸、以及它們的酸酐、鹽和組合， 以及聚合多元羧酸、酸酐、共聚物、鹽和它們的組合。
9.如權利要求8所述的水性粘結劑組合物，其中所述多元羧酸組分(b)選自檸檬酸、烏頭酸、己二酸、壬二酸、丁烷三羧酸、丁烷四羧酸、氯菌酸、檸康酸、二環戊二烯-馬來酸加合物、完全馬來酸化松香、馬來酸化妥爾油脂肪酸、富馬酸、戊二酸、間苯二甲酸、衣康酸、氧化為醇然後氧化為羧酸的馬來酸化松香、馬來酸、蘋果酸、中康酸、草酸、鄰苯二甲酸、四氫鄰苯二甲酸、六氫鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、癸二酸、琥珀酸、酒石酸、天冬氨酸、偏苯三酸、苯均四酸、苯均三酸、以及它們的酸酐、鹽和組合。
10.如前述權利要求中任一項所述的水性粘結劑組合物，其中所述胺組分(c)選自氨、 伯胺、仲胺、烷醇胺、胺基酸或尿素。
11.如前述權利要求中任一項所述的水性粘結劑組合物，其中所述多元羧酸組分(b) 是至少一種羧酸酐，和所述胺組分(c)是至少一種烷醇胺。
12.如前述權利要求中任一項所述的水性粘結劑組合物，其包含，基於粘結劑組分 (a)、(b)和(c)的總重量(乾物質)·50-85重量％的糖漿(a)；·5-25重量％的多元羧酸組分(b)；和·1-8重量％的胺組分(C)。
13.如前述權利要求中任一項所述的水性粘結劑組合物，其另外包含固化促進劑和任選的其它常規粘結劑添加劑。
14.如前述權利要求中任一項所述的水性粘結劑組合物，具有6或更高的pH。
15.製備粘結的礦物纖維產品的方法，其包括使礦物熔體纖維化；用氣流將形成的礦物纖維送入成型腔室；將熱固性粘結劑塗布到礦物纖維上；將經塗布的纖維作為礦物纖維網沉積在接收體裝置上；和將所述礦物纖維網轉移到固化爐中，以使粘結劑固化，並形成粘結的礦物纖維產品，其中所述粘結劑具有權利要求1-14中任一項的特徵。
16.礦物纖維產品，其包含與固化的權利要求1-14中任一項所述的粘結劑組合物接觸的礦物纖維。
全文摘要
用於礦物纖維的水性粘結劑組合物，包含(a)糖漿，其含有還原糖，並具有至少50且小於85的右旋糖當量DE；(b)多元羧酸組分；(c)胺組分；以及，任選的，(d)多元羧酸組分(b)與胺組分(c)的反應產物。
文檔編號C13K1/00GK102438962SQ201080021970
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月19日 優先權日2009年3月19日
發明者E.L.漢森 申請人:羅克伍爾國際公司